Концепции современного естествознания (стр. 4 )

Выше речь шла о химической эволюции на нашей планете, в ходе которой происходил отбор наиболее активных каталитических групп. После достижения определенного стартового количества органических и неорганических соединений катализ стал важнейшим фактором химической эволюции, образования новых соединений, в первую очередь органических, количество которых стремительно нарастало. Эти процессы составили первый из основных этапов, которые рассматриваются в качестве наиболее вероятных при переходе от неживой материи к живой. Выделяется четыре таких этапа:

• синтез из неорганических веществ исходных низкомолекулярных органических соединений в условиях первичной восстановительной атмосферы, лишенной кислорода;

• формирование из образовавшихся органических соединений в первичных водоемах высокомолекулярных соединений – углеводородов, биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и липидов (жиров и жироподобных веществ, состоящих из спиртов и жирных кислот);

• образование полимерных агрегатов;

• самосборка и самоорганизация сложных органических соединений, налаживание процессов обмена веществ и воспроизводства структур стабильного состава, приведшие к образованию первичных организмов (протобионтов).

Исходными веществами для химической эволюции ко времени формирования Земли как планеты явились продукты нуклеосинтеза – химические элементы, а также неорганические молекулы, уже содержавшиеся в атмосфере, гидросфере и литосфере. Заметим, что их состав существенно отличался от современного состава этих оболочек нашей планеты.

В качестве источников энергии для химических реакций главным образом могли быть использованы:

– излучение солнца и космическое излучение;

– энергия атмосферы – электрические разряды;

– энергия земных недр – тепло вулканов и источников, а также радиоактивность некоторых минералов.

Для абиогенного образования низкомолекулярных органических соединений кроме наличия исходных веществ и источников энергии необходимы еще два условия:

– отсутствие свободного кислорода во избежание окисления исходных и промежуточных веществ;

– отсутствие живых организмов, которые сразу же разрушали бы органические соединения или использовали их.

Многочисленные исследования, начало которым было положено в 1953 г. экспериментами американского биохимика Стэнли Миллера, выявили большое количество реакций, приводящих к абиогенному образованию органических соединений. В частности, в смеси метана, аммиака, водорода и воды синтезируются аминокислоты, двуокись углерода и вода под воздействием ультрафиолетового излучения образуют формальдегид, водный раствор которого при наличии карбоната кальция (в роли катализатора) образует такие моносахариды, как глюкоза, рибоза и дезоксирибоза, играющие важнейшую роль в жизнедеятельности всей живой материи.

Подчеркнем, что все ранее известные и современные объяснения возникновения живой материи носят гипотетический характер и практически не выходят за рамки предположений: слишком много неясного остается в истории биологической эволюции. В отличие от эволюции ранней Вселенной, о которой можно судить по таким экспериментальным фактам, как космологическое расширение и наличие реликтового излучения, биологическая эволюция не оставила современному наблюдателю никаких действующих процессов. Палеонтологическая летопись тех времен крайне скудна, а переходный период от химической эволюции к биоэволюции окутан полной темнотой. Можно сказать, что в решении этой проблемы затруднено само использование эвристических возможностей научного метода, поскольку достоверность выдвигаемых гипотез практически не поддается эмпирической проверке. Отсюда и крайняя сложность построения непротиворечивой теории.

Потребуется еще немало времени, прежде чем картина прояснится до такой степени, чтобы можно было говорить о том, что человек близок к разгадке самой, пожалуй, удивительной тайны мироздания. Тем не менее, просматривается схема развертывания процесса биохимической эволюции, которая, по мере появления новых научных данных, принимает всё более реальные очертания. Сложился системный подход к рассмотрению феномена возникновения жизни, одним из пионеров которого стал русский биохимик . Суть этого подхода состоит в признании единого процесса, включающего химическую, а затем биохимическую эволюцию в неразрывной связи с геологической эволюцией внешних оболочек Земли.

3.7. Образование органических веществ и зарождение протоклетки

В условиях современной Земли естественного образования органических соединений из неорганических практически не происходит. Тем более невозможно возникновение живой органики. Что касается ранней Земли, то условия на ней были совершенно другими. Восстановительная атмосфера с высокой концентрацией водорода, метана и аммиака, интенсивное ультрафиолетовое излучение Солнца, не поглощаемое такой атмосферой, и мощные электрические разряды в атмосфере создавали необходимые и, видимо, достаточные условия для образования органических соединений. Действительно, лабораторные эксперименты, проведенные в условиях, моделирующих предполагаемую атмосферу ранней Земли, позволили получить ряд органических соединений, в том числе аминокислоты, входящие в состав живых белков.

Отсутствие кислорода в атмосфере явилось необходимым условием для самопроизвольного синтеза органики. Однако с точки зрения последующих превращений этот фактор оказался деструктивным. В самом деле, лишенная кислорода атмосфера практически свободно пропускает мощное ультрафиолетовое излучение (атмосфера современной Земли обладает возникшим вместе с кислородной составляющей озоновым слоем, который поглощает это излучение). Излучение, обеспечивая энергией химические реакции синтеза органических соединений, в то же время стремится сразу же их уничтожить. Поэтому образовавшиеся в атмосфере биополимеры, липиды и углеводороды, едва возникнув, были обречены. Для того чтобы не погибнуть, им необходимо было укрыться от губительного воздействия солнечного ультрафиолета. Считается, что часть этих органических соединений избежала гибели, попав в водную среду первичных водоемов.

Здесь, в водной среде, органические соединения вступали в разнообразные химические реакции, среди которых преимущество приобретали реакции, приводившие к саморазвитию наиболее активных катализаторов. Природа весьма жестко вела естественный отбор реакций циклического типа, способных к самоподдержанию, в том числе за счет энергии, выделяемой в ходе реакции. Проблема энергетического обеспечения эволюционных реакций, в частности реакций полимеризации (объединение однотипных молекул – мономеров в макромолекулы) выглядит наиболее важной на этом этапе эволюции, поскольку водная среда мало способствует активизации химических реакций. Именно поэтому «выжить» могли только высокоэнергетические реакции с участием особо эффективных, саморазвивающихся катализаторов.

Здесь наступил один из узловых моментов развития. Допустим, что необходимые для перехода к биоэволюции химические реакции возникли и приобрели свойство самоподдержания. Для их сохранения (и, конечно же, дальнейшего развития) соответствующие объемы должны быть как-то изолированы от неорганизованной окружающей среды, не потеряв при этом возможности обмениваться с ней веществом и энергией. Одновременное выполнение двух этих, на первый взгляд, несовместимых условий было обязательным для выхода химической эволюции на качественно новый уровень.

Такая возможность нашлась благодаря образованию из липидов особых структур – мембранных оболочек. Результаты современных лабораторных экспериментов дают основания полагать, что при определенной концентрации липидов в воде и внешних условиях, моделирующих состояние атмосферы и гидросферы тогдашней Земли, происходит характерный процесс самоорганизации, приводящий к самосборке липидных оболочек со свойствами мембран.

Далее нетрудно допустить, что процессы отбора циклических каталитических реакций и самосборки липидных оболочек совпали во времени и в пространстве. Так вполне могли появиться природные образования, изолированные от деструктивного воздействия окружающей среды, но связанные с нею обменом веществ. Самоподдерживающиеся реакции стали протекать в своеобразном реакторе, способствующем сохранению существенной неравновесности заключенной в нем системы биополимеров. Теперь положение химических реагентов приобрело упорядоченность, процессы адсорбции на оболочке способствовали повышению их концентрации и, тем самым, активизации каталитического эффекта. По сути, состоялся переход от химических смесей к организованным системам, приспособленным к дальнейшему восходящему развитию.

Рассматривается также и ряд других моделей, приводящих к подобному важному, но всё же промежуточному событию на пути перехода к биологической эволюции. Одна из них рассматривает процессы, связанные с образованием в атмосфере исходных органических соединений, в предположении, что ранняя Земля с ее разреженной восстановительной атмосферой была холодным телом, имевшим температуру порядка – 50°С. Существенным пунктом этой модели является предположение о том, что атмосфера в этих условиях была ионизована, т. е. находилась в состоянии холодной плазмы. Эта плазма считается основным источником энергии для реакций химической эволюции. Предположение же о низкой температуре привлечено для объяснения сохранения образовавшихся в атмосфере биополимеров: замерзая, они выпадали на ледяной покров Земли и в этом природном холодильнике хранились «до лучших времен». В таком виде ультрафиолетовое излучение и мощные разряды электричества были для них уже не столь опасны.

Далее предполагается, что «лучшие времена» наступили с активизацией тектонической деятельности, началом массового извержения вулканов. Выделение продуктов вулканической деятельности в атмосферу привело к ее уплотнению и смещению границы ионизации в более высокие слои. С изменением температурных условий ледяной покров, естественно, растаял, образовались первичные водоемы, в которых после размораживания начали активную химическую деятельность накопленные за длительное время биополимеры, липиды и углеводороды. Можно поэтому говорить об их высокой концентрации в «первичном бульоне» (так нередко называют образовавшуюся субстанцию), что явилось еще одним положительным фактором с точки зрения активизации химической эволюции.

Неоднократными экспериментами подтверждено, что в процессе размораживания липиды действительно демонстрируют самосборку, образуя микросферы с диаметром в десятки микрометров. Не суть важно, как оказываются внутри них биополимеры – проникают ли сквозь мембранный слой или липидная оболочка обволакивает их постепенно. Важно то, что в объеме, окруженном мембранной оболочкой, мог начаться новый этап эволюции – переход от химических реакций к биохимическим.

Что же касается решающего момента – перехода к простейшей клетке, то он может рассматриваться как результат характерного для самоорганизации вещества скачка. Для подготовки этого скачка в процессе химической эволюции должны были появиться еще некоторые структуры, способные выполнять необходимые для протоклетки функции. Такими структурными фрагментами считаются группировки, обеспечивающие перенос заряженных частиц, что необходимо для транспорта вещества. Другие группировки должны обеспечить снабжение энергией – в основном это молекулы фосфоросодержащих соединений (система АДФ–АТФ). Наконец, необходимо образование полимерных структур типа ДНК и РНК, главная функция которых – служить каталитической матрицей для самовоспроизводства.

Не следует упускать из виду еще один узловой момент, связанный с нарушением изомерной симметрии. Каким образом произошел выбор в пользу левовращающего органического вещества, можно только догадываться, однако то, что эта флуктуация непосредственно предшествовала зарождению жизни, представляется совершенно естественным. Можно предполагать, что биологическая эволюция была «запущена» возникновением левовращающей протоклетки.

3.8. Альтернативные гипотезы возникновения жизни

Множество неясностей, предположительный характер большинства утверждений, связанных с проблемой происхождения жизни, создают соблазн решить проблему простейшим способом – сделать вид, что ее не существует. Так, достаточно обстоятельно обсуждается вопрос о появлении жизни на Земле посредством «занесения» ее из космического пространства (концепция панспермии). Не исключая полностью такую возможность, следует отметить, что таким приемом проблема происхождения жизни отнюдь не решается, а только перемещается с Земли в другую область Вселенной. Концепция панспермии представляет безусловный интерес как альтернативная гипотеза появления жизни на Земле, где благодаря органической эволюции оказались подготовленными все необходимые условия.

В свою очередь, библейская гипотеза возникновения жизни в результате сотворения «закрывает» проблему аналогичным образом. В самом деле, утверждение о том, что Создатель, действуя по некоторому грандиозному плану, сотворил всё многообразие жизни на Земле в процессе конструирования Вселенной, не отвечает на главный вопрос – как это было сделано? Вряд ли можно всерьез настаивать на том, что выявленная наукой исключительно высокая сложность, упорядоченность и целесообразность организации самой простой клетки, не говоря уже о человеке, обеспечивается одномоментно наделением их душой или какой-нибудь другой разновидностью «жизненной силы». Но современная наука отвергает и предположение относительно случайного происхождения жизни. Многое свидетельствует об эволюции Вселенной в соответствии с определенной программой. В принципе ее можно называть как угодно, смысл в том, чтобы, придерживаясь научного метода, объяснить феномен возникновения жизни и ее разнообразия.

Литература, отстаивающая библейскую версию, последовательно критикует теорию эволюции, обращая внимание на действительно многочисленные ее затруднения и допущения. Но эти затруднения наукой не скрываются, процесс поиска движущих сил эволюции не прекращается, принося всё новые знания о специфике живой материи.

Между тем представляет безусловный интерес то обстоятельство, что сообщение книги «Бытие» о шести днях творения с точки зрения последовательности событий отражает научные данные. Прежде всего, речь, конечно же, следует вести о шести продолжительных периодах, причем события этих периодов рассматривать с точки зрения земного «наблюдателя», фиксирующего эти события в течение многих миллионов лет, отводимых на эти события научными данными.

Отметим, что сообщение «Бытия» начинается с периода, когда Земля уже сформировалась как планета, т. е. о возникновении и развитии Вселенной до этого периода ничего не говорится. Фиксируется состояние Земли накануне начала описываемых событий: «Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною». Речь здесь вполне может идти о плотной атмосфере, не пропускающей видимого солнечного излучения. Но вот наступает период (первый «день»), в течение которого атмосфера приобретает определенную прозрачность. Солнце по-прежнему остается невидимым, но благодаря уменьшению плотности атмосферы Земля освещается рассеянным светом. Для того чтобы земной наблюдатель мог непосредственно наблюдать Солнце и Луну, необходимо время, в течение которого атмосфера стала бы прозрачной. Такую прозрачность обеспечивает фотосинтез, насыщающий атмосферу кислородом. Вот почему такая, казалось бы, несуразность, когда свет появляется в первый «день», а его источники – на четвертый, на самом деле отвечает реальной ситуации: только теперь, с насыщением атмосферы кислородом, она позволила «наблюдателю» видеть светила, ранее от него скрытые.

Отметим существенные моменты «пятого дня творения»: животный мир появился в водной стихии, затем появились птицы, время же млекопитающих еще не наступило. В основном это соответствует научным данным, в частности данным палеонтологии. Подчеркивается, что животные самовоспроизводятся «по роду их», т. е. в соответствии с генетическим кодом.

В целом соответствует научным данным библиейский порядок возникновения животного мира: наземные животные, в частности млекопитающие, появляются позднее других. Завершающим этапом «шестого дня» стало появление человека – венца творения.

Проведенный анализ, не претендующий на однозначную интерпретацию библейского текста, показывает, что приведенный в нем порядок основных событий в основном соответствует последовательности этапов геологической и биологической эволюции Земли, как их видит современная наука.

Идущий по восходящей линии процесс эволюции Вселенной, ее последовательная самоорганизация дают основания говорить об определенной целенаправленности, закономерности процессов развития. Отражением этого порядка вещей стал выдвинутый в 70-е гг. ХХ в. так называемый антропный принцип, согласно которому во Вселенной изначально потенциально заложено появление наблюдателя. Целесообразный характер последовательности множества, казалось бы, случайных явлений, без любого из которых эволюция Вселенной не могла бы продолжаться, делает такую постановку вопроса правомерной. Исчезающе малая вероятность случайного совпадения длинной цепи факторов, называемой «тонкой подстройкой» Вселенной, в частности значений фундаментальных мировых констант, не оставляет альтернативы утверждению о действии в ней не познанных пока закономерностей, предопределяющих линию развития. Иными словами, развитие идет согласно некоему глобальному плану, заложенному во Вселенную в момент ее рождения. Определяющую для эволюции роль такого иррационального события, как установление именно таких значений мировых постоянных, какими мы их «имеем», иллюстрирует простая логическая цепочка. Будь значение гравитационной постоянной несколько меньше, звезды не смогли бы достичь необходимой плотности и, соответственно, температуры для протекания термоядерных реакций. Наоборот, несколько большее ее значение привело бы к образованию только нейтронных звезд и «черных дыр».

Следовательно, можно говорить о предопределенном появлении во Вселенной разума, носителем которого и является человек-наблюдатель. Логично считать, что появление разума – это промежуточная цель, имеющая вполне определенное предназначение, которое должно проявиться на последующей стадии развития Вселенной. Извечный вопрос о смысле жизни, которым задается человек, приобретает, таким образом, смысл осознания своего предназначения во Вселенной.

3.9. Концепция биологической эволюции

Способность живой материи к самовоспроизводству – ее важнейшая отличительная особенность. Живые организмы неизменно рождают себе подобных, живая клетка при делении воспроизводит свою копию благодаря наличию уникального механизма сохранения и передачи по наследству генетической информации. В каждом организме каждый ген, являющийся участком молекулы ДНК, контролирует химическую реакцию синтеза определенного белка. В совокупности набор генов полностью определяет признаки организма, его конституцию, т. е. то, что называется генотипом.

Уникальное свойство генов состоит в сочетании двух противоположностей. С одной стороны, генетический код обладает высокой устойчивостью, т. е. неизменяемостью, обеспечивая наследственность – свойство организмов повторять в ряду поколений сходность индивидуального развития. С другой стороны, ему свойственна изменчивость, приводящая к разнообразию признаков у особей, состоящих в родстве. Можно сказать, что природа, создавая мир живых организмов, позаботилась о том, чтобы они, оставаясь в основном такими же, как и их предки, были готовы за счет тех или иных флуктуаций приспосабливаться к изменению условий жизни, а главное – продолжать развитие, эволюционировать.

Представления о том, что все виды растений и животных постепенно и непрерывно изменяются от поколения к поколению, сложились достаточно давно. Эволюционные идеи, в частности, высказывал в конце ХVIII в. выдающийся французский биолог Жан Батист Ламарк, объяснявший очевидную изменчивость организмов направляющим влиянием условий окружающей среды, стимулирующей приобретение новых благоприятных признаков, передаваемых затем по наследству.

Выдающийся последователь английский естествоиспытатель на основе обобщения огромного фактического материала, обогащенного результатами собственных наблюдений (плавание на корабле «Бигль» в 1831–1836 гг.), вскрыл основные факторы эволюции органического мира. Именно учение Ч. Дарвина, составившее целую эпоху в биологии, положило начало распространению эволюционной парадигмы в другие области науки, что, впрочем, произошло далеко не сразу.

Нельзя забывать, что дарвиновская теория эволюции была разработана почти за сто лет до открытия механизма наследственности. Тем не менее, она вполне согласуется с современными представлениями о механизме передачи наследственной информации. В отличие от
, Ч. Дарвин выделил два основных типа изменчивости. Первый из них он определил как индивидуальную (неопределенную) изменчивость, отнеся к нему изменчивость, передаваемую по наследству. Ко второму типу он отнес изменчивость, обусловленную действием факторов внешней среды, которую назвал групповой (определенной). Это тот самый тип изменчивости, который положил в основу своей концепции .

Именно неопределенные, т. е. случайные, индивидуальные изменения, по мнению Ч. Дарвина, играют главную роль в процессе эволюции.
На современном научном языке такие изменения называются мутациями и связаны они с изменением генетического кода. Что же касается изменений второго типа (определенных), то они считаются ненаследственными и носят название модификаций.

Итак, сочетание наследственности и изменчивости открывает возможность передачи по наследству новых, измененных признаков. Однако какие же из них полезны с точки зрения процесса эволюции и как они отбираются? В качестве движущей силы эволюции Ч. Дарвин ввел принцип естественного отбора.

По сути, Ч. Дарвин выдвинул гипотезу общего характера, предполагающую существование в природе фундаментального механизма отбора, который проявляется в уничтожении, выводе из процесса эволюции организмов, оказавшихся неприспособленными к существующим на определенный момент или изменившимся условиям окружающей среды.

Таким образом, дарвиновская теория эволюции объясняет многообразие живой природы действием трех взаимосвязанных факторов: наследственности, изменчивости и естественного отбора. Действительно, наблюдения на уровне популяций живых организмов показывают:

• в любой популяции имеет место изменчивость признаков составляющих ее особей;

• некоторые из этих изменений унаследованы от родительских особей, т. е. имеют генетическую основу, другие приобретаются при жизни в результате приспособления к условиям окружающей среды;

• доживает до размножения значительно меньшее количество организмов, чем рождается, причем с наибольшей вероятностью выживают организмы, которые не просто попали в благоприятные условия или выработали признаки, способствующие выживанию, но обладают определенным сочетанием генов, повышающих вероятность выживания в конкретных условиях.

Отсюда следует вывод о том, что процесс эволюции состоит в закреплении генетических и иных признаков, обеспечивающих выживание популяции в условиях флуктуации параметров окружающей среды. Это закрепление состоит в том, что признаки, способствующие выживанию, встречаются от поколения к поколению всё чаще, причем частота их повторения на определенном этапе превышает некоторый пороговый уровень.

Речь уже шла о том, что дарвиновская теория эволюции опередила свое время. Поэтому определенные ее принципы и механизмы вводились и объяснялись интуитивно – на основе обобщения эмпирического материала. Достаточно сказать, что до современных знаний об аппарате наследственности было еще далеко, да и первые идеи генетики еще только «витали в воздухе». Поэтому теория эволюции, и особенно ее представления о наследственности, подвергалась оппонентами Ч. Давина серьезной критике.

Действительно, если основным для эволюции является случайное возникновение полезных признаков и их передача по наследству, то, на первый взгляд, непонятно, как они могут сохраняться и усиливаться в дальнейшем. Ведь при скрещивании особей, обладающих такими признаками, с особями, таковыми не обладающими, эти признаки должны передаваться потомству в ослабленном виде и в конце концов исчезнуть, «раствориться». Однако вскоре выяснилось, что эти, казалось бы, непреодолимые затруднения классической теории эволюции без труда преодолеваются на основе закономерностей наследственности, открытых основателем генетики Г. Менделем. В самом деле, как установил Г. Мендель, наследственные признаки родителей при скрещивании не дробятся и не сливаются, а комбинируются, оставаясь в первоначальном виде. На современном языке это означает передачу наследственной информации в виде генов, являющихся неделимой дискретной единицей наследственности.

Современная теория органической эволюции, базируясь на классической концепции Ч. Дарвина и используя достижения всёх биологических дисциплин, заметно продвинулась вперед по ряду важнейших позиций, существенно углубив сами основы теории.

3.10. Теория биологической эволюции: современный взгляд

Признано, что элементарной структурой, или, если угодно, единицей, эволюции является популяция, т. е. совокупность особей одного вида, способных свободно скрещиваться между собой. Именно на уровне популяции происходит закрепление признаков, полезных для эволюции.
В качестве элементарного эволюционного явления рассматривается устойчивое изменение генофонда популяции, т. е. всей совокупности генов, которыми она располагает.

Основным фактором изменчивости считаются мутации, спонтанно возникающие в генном наследственном аппарате особи – ее геноме. Мутационный процесс состоит в перестройке генов и является основной причиной разнообразия особей в популяции. Мутировавший ген создает новый признак, материал для эволюции, а закрепление того или иного признака обеспечивает естественный отбор, если признак полезен для популяции. Поскольку возникновение мутаций носит случайный (флуктуационный) характер, результат их появления действительно является неопределенным. Поэтому мутационный процесс не определяет направление эволюции, эту функцию выполняет естественный отбор. Можно сказать, что флуктуации условий окружающей среды накладываются на флуктуации генофонда, непредсказуемо отбирая признаки, которые окажутся полезными.

Одним из важных факторов эволюции, дополняющим классическую триаду: наследственность, изменчивость, естественный отбор, современная теория считает популяционные волны, т. е. резкие колебания численности особей в популяции вследствие природных колебаний (засуха, урожай, температурные колебания и др.). Популяционные волны могут приводить к значительным изменениям частоты определенных мутаций, создавая тем самым предпосылки для ускорения или замедления эволюционных изменений. Установлено, что в многочисленных популяциях новые признаки закрепляются медленнее, а в малочисленных подвержены заметному влиянию случайных событий. Поэтому речь может идти об оптимальной с точки зрения эволюции численности популяции (с учетом протяженности области ее обитания, называемой ареалом).

Другим существенным фактором является изоляция популяции (группы организмов) в результате возникновения природных барьеров, исключающих или уменьшающих возможность ее обмена генетической информацией с другими группами особей своего вида. Изоляция способствует закреплению различных приобретенных признаков в генофондах разных популяций или групп, способствуя повышению вероятности выживания вида.

Всё перечисленные факторы эволюции, действуя на популяционном уровне, обеспечивают внутривидовую эволюцию, или микроэволюцию. Что касается действия этих факторов на надвидовом уровне, связанном с образованием новых видов или классов живых организмов, то это уже процесс макроэволюции. Следует отметить, что именно с объяснением макроэволюционных процессов дарвинизм испытывал заметные трудности, поскольку среди палеонтологических находок ощущается явный недостаток материала, иллюстрирующего межвидовые превращения. Тем не менее, ряд современных гипотез способен пролить свет на механизмы макроэволюции. Речь идет о таких процессах, как сопряженная эволюция, т. е. взаимный отбор зависящих друг от друга видов организмов, а также о групповом отборе, т. е. отборе и сохранении признаков, благоприятных для сообщества в целом, даже если они невыгодны для отдельных особей и популяций. Совершенно очевидно, что представление эволюции в виде линейного процесса межвидовых превращений не отвечает бифуркационному (ветвящемуся) характеру этого феномена.

В качестве одного из основных факторов равновесия в живой природе современная наука рассматривает взаимное приспособление видов – коэволюцию. Коэволюция представляет собой тенденцию, противоположную одной из сторон естественного отбора, каковой является борьба за существование. Поэтому здесь есть основания вести речь о диалектическом взаимодействии противоположностей как движущей силе развития биосферы.

В настоящее время эволюция, как направленный процесс исторического изменения живых организмов, объясняется на основе синтеза классического дарвинизма с достижениями современной генетики, получившего название синтетической теории эволюции.

Дарвинизм, как первая эволюционная теория в науке вообще, предвосхитил современный общий подход к выявлению динамики развития материи. Поэтому многие выводы и положения этой теории были получены как бы на ощупь, благодаря особому чутью ее создателя. Тем в большей степени заслуживает восхищения то обстоятельство, что нащупан был именно магистральный путь. По всей видимости, эволюционной теории нет альтернативы. Подтверждением этому служит успешное применение эволюционного подхода во многих отраслях науки.

4. КОНЦЕПЦИЯ БИОСФЕРЫ И ЭКОЛОГИИ

4.1. Взаимосвязь живой и неживой природы

С точки зрения иерархии уровней организации живых систем высший уровень занимает биосфера, представляющая собой наиболее общую систему живых сообществ, или биоценозов. Термин «биосфера», означающий в буквальном переводе сферу жизни, был введен в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом. Первоначально под биосферой подразумевалась вся совокупность живых организмов, населяющих нашу планету, хотя еще в конце ХVIII в. обращал внимание на то, что вещество, образующее земную кору, сформировалось благодаря жизнедеятельности организмов.

Со временем представления о глубокой взаимосвязи живой и неживой природы, о воздействии живых организмов на окружающую среду стали играть важную роль в развитии целостного подхода к изучению процессов, происходящих в природе. Сегодня очевидным считается то обстоятельство, что состав атмосферы, воды, почвы определяется деятельностью живых организмов. Биосфера, находясь в зависимости от неживой природы, как части окружающей среды, сама активно воздействует на нее. Поэтому развитие концепции биосферы немыслимо без всестороннего изучения того, как и в какой степени живое вещество влияло и влияет на геологические и физико-химические процессы в земной коре и на ее поверхности.

Геологическая история Земли насчитывает, как уже отмечалось, около 4,6 млрд. лет. Это геологическое время принято, в соответствии с последовательностью залегания осадочных пород, подразделять на четыре эры, которые, в свою очередь, делятся на более короткие периоды и эпохи. Первая, наиболее древняя, эра носит название археозойской (в ряде изданий можно встретить название «докембрийская»). Она охватывает временной промежуток от 4,6 до 0,6 млрд. лет назад. Следующая эра – от 0,6 до 0,25 млрд. лет назад – называется палеозойской. Далее следует мезозойская эра, которая продолжалась от 250 до 65 млн. лет назад. Последняя, кайнозойская, эра, по принятой классификации, началась 65 млн. лет назад. Кайнозойская эра делится на периоды: третичный, состоящий из палеогена и неогена, и четвертичный. Для этих перидов характерны высокий темп эволюции живой природы и возрастание влияния живой материи на состав литосферы, атмосферы и гидросферы.

В свое время основоположники палеонтологии Жорж Кювье и Этьен Жоффруа обратили внимание на то, что земные слои, содержащие в большом количестве останки доисторических животных, перемежаются со слоями, где таких находок оказывается крайне мало. Придерживаясь разных взглядов на причины этого явления, Ж. Кювье и Э. Жоффруа, тем не менее, сходились в том, что в эволюцию жизни периодически вмешивались определенные силы катастрофического характера, игравшие роль революционного ускорителя развития живой материи, на смену которым приходили периоды «неспешной» эволюции.

Наиболее характерным примером такого рода катастрофы является стремительное вымирание динозавров, которых, судя по результатам раскопок, насчитывалось несколько сот видов: от малюток до гигантов. Динозавры, по сути, владевшие сушей, водой и воздухом в течение примерно 150 млн. лет, исчезли с лица Земли за короткий промежуток времени к концу последнего, мелового, периода мезозойской эры
(от 145 до 65 млн. лет назад). Палеонтологи находят целые кладбища динозавров разных видов, что служит свидетельством воздействия на них чрезвычайно мощного фактора, приведшего к тому, что условия окружающей среды стали несовместимыми с их существованием.

Существует немало гипотез о причинах этого явления. Возможно, причиной было резкое похолодание, обусловленное, например, ослаблением солнечной радиации вследствие активной вулканической деятельности, сопровождаемой выбросом в атмосферу большого количества пепла и газов. Возможно, вблизи от Земли произошла вспышка сверхновой звезды, вследствие чего на планету обрушился поток жесткого коротковолнового излучения, воздействие которого оказалось смертельным для этих животных. Не исключается, что причиной катастрофы стало столкновение Земли с астероидом или крупным метеоритом, выброс в сторону Земли гигантского солнечного протуберанца.

Ряд ученых полагают, что катастрофические воздействия на биосферу имеют не космическое, а земное происхождение. К их числу относят, в частности, массовую гибель чрезмерно размножившихся при благоприятных условиях травоядных в результате резкого сокращения зеленой массы. Известен также факт массовой гибели в позднем девонском периоде (около 400 млн. лет назад) морских животных, хотя на суше в это время всё обстояло благополучно.

Одним словом, катастрофические воздействия на биосферу, хотя точные данные об их природе отсутствуют, приводили к кардинальным изменениям в живой природе Земли, причем с ними связываются скачкообразные процессы перехода биосферы на более высокий уровень организации. В частности, несомненный интерес представляет гипотеза, согласно которой около 2 млрд. лет назад на Земле произошла крупнейшая экологическая катастрофа, связанная с началом поступления в атмосферу кислорода вследствие жизнедеятельности анаэробных фотосинтезирующих бактерий, использующих хемиосинтез. После достижения критического содержания кислорода (около 1% от современного) стала возможна аэробная жизнь и растения, образно говоря, приняли эстафету производства атмосферного кислорода. Благодаря растительному фотосинтезу и ограниченному потребленпию кислород накапливался весьма быстро, что привело к возникновению озонового слоя, после чего жизнь стала возможной на мелководье, а затем и на суше. Однако в этих условиях выжила лишь незначительная часть «докислородной» биосферы, а освободившуюся зкологическую нишу заполнили совершенно новые виды организмов. В будущем им предстояло решить проблему утилизации излишнего кислорода, естественно, биологическими средствами.